DE102013018920A1 - Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (5), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasstrang (1) mit wenigstens einem Abgasrohr (3, 9, 13, 15, 17) und wenigstens einem Abgasnachbehandlungselement (7, 11). Erfindungsgemäß weist die Abgasrohrinnenwand (27) und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (7, 11) zur Ausbildung wenigstens eines abgasstrangseitigen Sorptionselements (7, 9, 11, 13, 15) ein Dampf sorbierendes Material auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.
  • Bei modernen Abgasnachbehandlungssystemen ist es üblich, mehrere Arten von Abgasnachbehandlungselementen, beispielsweise Katalysatoren oder Partikelfilter, in einen Abgasstrang zu integrieren und mittels diesen Abgasnachbehandlungselementen für eine gezielte Reduzierung einzelner Schadstoffarten zu sorgen. Einige dieser Abgasnachbehandlungselemente erreichen jedoch ihre volle Leistungsfähigkeit bzw. ihre optimale Arbeits-Temperatur erst bei warmgelaufener Brennkraftmaschine. Aus diesem Grund werden umfangreiche Maßnahmen getroffen, die in der Kaltstartphase einer Brennkraftmaschine ein rasches Aufheizen dieser Abgasnachbehandlungselemente sicherstellen.
  • Aus der DE 198 00 654 A1 ist es beispielsweise bekannt, in einem Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine eine erste Wasserfalle, einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper, einen Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung und eine zweite Wasserfalle in Abgas-Strömungsrichtung hintereinander anzuordnen. Der elektrisch beheizbare Wabenkörper und der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung können hier bevorzugt eine Baueinheit ausbilden, wodurch der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung mittels des elektrisch beheizbaren Wabenkörpers in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors schneller erwärmt werden kann. Auf diese Weise wird die Reduzierung der Schadstoffe in dem Abgas der Brennkraftmaschine verbessert. Mittels der beiden Wasserfallen ist zudem sichergestellt, dass die beiden Wabenkörper in einem trockenen Zustand sind und sich somit besonders schnell erwärmen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bereitzustellen, mit der bzw. mit denen die Reduzierung der Schadstoffemissionen, insbesondere in der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, auf einfache und funktionssichere Weise mit hoher Effektivität erreichbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasstrang mit wenigstens einem Abgasrohr und wenigstens einem Abgasnachbehandlungselement. Erfindungsgemäß weist die Abgasrohrinnenwand und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement zur Ausbildung wenigstens eines abgasstrangseitigen Sorptionselements ein Dampf sorbierendes Material auf.
  • Die Ad- und/oder Absorption des beispielsweise aus dem Abgas der Brennkraftmaschine stammenden Dampfes, insbesondere Wasserdampf, mittels des Dampf sorbierenden Materials führt zu einer Kondensation des Dampfes und somit zu einer Freisetzung von Wärmeenergie.
  • Diese Wärmeenergie bewirkt ein Aufheizen des durch die Abgasrohrinnenwand und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement gebildeten Sorptionselements, so dass bei einem Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, der gesamte Abgasstrang schneller erwärmt wird und das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement schneller seine optimale Arbeits-Temperatur erreichen kann. Dadurch ist die Erwärmung des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements deutlich vereinfacht, da lediglich das Dampf sorbierende Material vorgesehen sein muss. So kann beispielsweise auf elektrische Leitungen bzw. Anschlüsse für die Energieversorgung eines elektrischen Heizelements verzichtet werden. Da zudem die Abgasrohrinnenwand und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement das wenigstens eine abgasstrangseitige Sorptionselement ausbilden muss auch kein zusätzliches Heizelement in dem Abgasstrang vorgesehen werden. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand bzw. der Abgasgegendruck in den Abgasstrang nicht merklich erhöht und das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement unter Berücksichtigung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine besonders effektiv aufgeheizt.
  • In einer konkreten Ausführung kann die Abgasrohrinnenwand und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement wenigstens bereichsweise mit dem Dampf sorbierenden Material beschichtet sein. Dadurch kann das wenigstens eine Sorptionselement besonders einfach ausgebildet werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement wenigstens bereichsweise aus dem Dampf sorbierenden Material hergestellt sein. Dadurch kann die Effektivität des wenigstens einen Sorptionselements weiter verbessert werden. Ebenso wäre es auch denkbar, die Abgasrohrinnenwand wenigstens bereichsweise aus dem sorbierenden Material herzustellen.
  • In einer weiteren konkreten Ausführung kann das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement durch wenigstens einen Katalysator und/oder durch wenigstens einen Partikelfilter ausgebildet sein. Mit dem Dampf sorbierenden Material kann dieser wenigstens eine Katalysator und/oder dieser wenigstens eine Partikelfilter besonders einfach aufgeheizt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials des wenigstens einen, insbesondere in einem Einlassbereich des Abgasstranges angeordneten, Sorptionselements in Abgas-Strömungsrichtung abnehmen. Auf diese Weise kann mit einer definierten Menge an Dampf sorbierendem Material in dem wenigstens einen Sorptionselement mehr Dampf, insbesondere Wasserdampf, aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine sorbiert werden. Bevorzugt kann der Gehalt des Dampf sorbierenden Materials des wenigstens einen Sorptionselements in Abgas-Strömungsrichtung degressiv abnehmen.
  • Alternativ und/oder zusätzlich kann der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials eines in einen Auslassbereich des Abgasstrangs angeordneten Sorptionselements in Abgas-Strömungsrichtung zunehmen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine kein oder nur sehr wenig Dampf, insbesondere Wasserdampf, durch Luftzufuhr von außen in den Abgasstrang gelangen kann. Bevorzugt kann dieser Gehalt des Dampf sorbierenden Materials in Abgas-Strömungsrichtung progressiv zunehmen, um die Dampfaufnahme aus der Luft effektiv zu erhöhen.
  • In einer weiteren Ausführung kann der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials in dem Abgasstrang und damit über mehrere in Abgas-Strömungsrichtung hintereinanderliegende Sorptionselemente gesehen, insbesondere in einem Einlassbereich des Abgasstrangs, in Abgas-Strömungsrichtung abnehmen. Hierdurch wird eine große Menge an beispielsweise Wasserdampf motornah sorbiert und kann somit das motornächste Abgasnachbehandlungselement sehr schnell auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden. Durch die Entfernung einer großen Wasserdampfmenge gleich zu Beginn braucht dann bei den stromab liegenden Abgasnachbehandlungselementen gegebenenfalls nur noch eine geringere Sorptionsmaterialmenge vorgesehen sein. Bevorzugt kann der Gehalt des Dampf sorbierenden Materials in dem Abgasstrang in Abgas-Strömungsrichtung hier beispielsweise degressiv abnehmen.
  • Alternativ und/oder zusätzlich kann der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials in einem Auslassbereich des Abgasstrangs in Abgas-Strömungsrichtung zunehmen, so dass bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine kein oder nur sehr wenig Luftfeuchtigkeit durch Luftzufuhr von außen in den Abgasstrang gelangen kann. Bevorzugt kann dieser Gehalt des Dampf sorbierenden Materials in Abgas-Strömungsrichtung progressiv zunehmen.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials in einem zwischen einem Einlass- und einem Auslassbereich des Abgasstrangs angeordneten Abgasstrang-Zwischenbereich größer sein als in einem stromauf und/oder stromab davon liegenden Abgasstrang-Bereich. Bevorzugt wird dieser Abgasstrang-Zwischenbereich durch ein Abgasnachbehandlungselement gebildet, das einen größeren Gehalt an Sorptionsmaterial aufweist, als wenigstens ein stromauf und/oder wenigstens ein stromab liegendes Abgasnachbehandlungselement. Dies kann beispielsweise für Anwendungsfälle sinnvoll sein, bei denen ein besonders temperaturkritischer Bereich nicht am Anfang oder Ende des Abgasstrangs liegt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann das wenigstens eine Sorptionselement in einer von einem Hauptabgasstrom durchströmten Hauptleitung des Abgasstrangs angeordnet und/oder ausgebildet sein. Dadurch kann ein besonders großer Teil des Dampfs aus dem Abgasstrom mittels des wenigstens einen Sorptionselements sorbiert werden.
  • Konkret kann das sorbierende Material ein Zeolith und/oder Silikagel und/oder Alumophosphat und/oder Silicoalumophosphat und/oder Metallhydrid sein. Diese ermöglichen eine besonders effektive Sorption des Dampfs. Bevorzugt kann der Zeolith ein Typ A, X oder Y sein. Weiter bevorzugt sind die verwendeten Zeolithe nicht SCR-aktiv. Insbesondere sind die verwendeten Zeolithe als nicht-metallausgetauschte Zeolithe ausgebildet, beispielsweise als Eisen- oder als Kupfer-Zeolithe.
  • In einer weiteren Ausführung kann eine Sperrvorrichtung vorgesehen sein, mittels der eine Abgas- und/oder Luftzufuhr zu einem das wenigstens eine Sorptionselement aufnehmenden und/oder ausbildenden Sorptionsbereich in Abhängigkeit von definierten Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen gesperrt und/oder freigegeben werden an. Mittels der Sperrvorrichtung kann eine Abgas- und/oder Luftzufuhr bzw. des darin enthaltenen Dampfes zu dem wenigstens einen Sorptionselement, vorzugsweise bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine, zuverlässig verhindert werden.
  • Bevorzugt kann die Sperrvorrichtung zum Sperren oder Freigeben der Luftzufuhr wenigstens ein stromab des Sorptionsbereichs angeordnetes Sperrelement aufweisen. Dadurch kann die Luftzufuhr auf einfache Weise gesperrt und freigegeben werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Sperrvorrichtung zum Sperren oder Freigeben der Abgaszufuhr wenigstens ein stromauf des Sorptionsbereichs angeordnetes Sperrelement aufweisen. Auf diese Weise kann wiederum die Abgaszufuhr zu dem Sorptionsbereich auf einfache Weise gesperrt und freigegeben werden.
  • Konkret kann das wenigstens eine stromauf angeordnete Sperrelement als Sperrventil ausgebildet sein, mittels dem ein Abgasstrom durch ein den Einlass des Abgasstrangs bildendes Einlassrohr gesperrt oder freigegeben werden kann. Auf diese Weise ist das Sperrelement besonders einfach ausgebildet.
  • Weiter kann das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrelement als Sperrventil ausgebildet sein, mittels dem ein Luftstrom durch ein den Auslass des Abgasstrangs bildendes Auslassrohr gesperrt oder freigegeben werden kann. So ist das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrelement besonders einfach ausgebildet. Bevorzugt kann das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrventil als Abgasrückführungsklappe oder als Motorbremsklappe ausgebildet sein, die dann in einer Doppelfunktion dazu beitragen, eine Bauteilreduzierung zu gewährleisten.
  • Das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrelement kann auch als Sorptionsbrick ausgebildet sein und im Abgasstrang angeordnet und/oder aufgenommen sein. Mittels dieses Sorptionsbricks ist eine Dampfzufuhr in den Sorptionsbereich durch die in den Abgasstrang einströmende Luft zuverlässig verhindert. Der Sorptionsbrick kann dabei vorteilhaft aus einem Dampf sorbierenden Material hergestellt sein und/oder einen Trägerkörper aufweisen, der mit einem Dampf sorbierenden Material beschichtet ist.
  • Gemäß einer ausdrücklich auch unabhängig von der vorstehenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung beanspruchten Erfindungsidee wird ferner ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einem Abgasstrang mit wenigstens einem Abgasrohr und wenigstens einem Abgasnachbehandlungselement. Erfindungsgemäß weist eine Abgasrohrinnenwand und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement zur Ausbildung wenigstens eines abgasstrangseitigen Sorptionselements ein Dampf sorbierendes Material auf,
    wobei die Abgas- und/oder Luftzufuhr und damit die Dampfzufuhr an das wenigstens eine Sorptionselement bei einem Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, freigegeben wird, und wobei bei einem Ausschalten der Brennkraftmaschine die Dampfzufuhr an das wenigstens eine Sorptionselement mittels einer Sperrvorrichtung gesperrt wird.
  • Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich das wenigstens eine Sorptionselement nur bei einem Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, erwärmt. Bei einem Ausschalten der Brennkraftmaschine bzw. bei deren Stillstand wird die Dampfzufuhr an das wenigstens eine Sorptionselement gesperrt, da eine andauernde Dampfzufuhr zu einer Dampfsättigung des wenigstens einen Sorptionselements führen würde.
  • Bevorzugt kann der von dem wenigstens einen Sorptionselement sorbierte Dampf bei einer definierten Sorptionselement-Temperatur aus dem Sorptionselement ausgetrieben werden. Auf diese Weise kann sich das wenigstens eine Sorptionselement bei einem Aufheizen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung regenerieren. Dadurch weist das Sorptionselement bei dem nächsten Start der Brennkraftmaschine seine volle Funktionsfähigkeit auf. Bei Metallhydriden liegt diese definierte Sorptionselement-Temperatur in einem Bereich von etwa 280°C bis 500°C, bei Silikagelen in einem Bereich von etwa 40°C bis 100°C und bei Zeolithen in einem Bereich von etwa 130°C bis 300°C. Bevorzugt weist das verwendete Dampf sorbierende Material zudem eine theoretische Wärmekapazität von etwa 250 kWh/K auf.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen lediglich beispielhaft näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 Eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 ein Diagramm, aus dem die Masseverteilung eines Dampf sorbierenden Materials in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der 1 hervorgeht;
  • 3 ein Diagramm, aus dem die Masseverteilung eines Dampf sorbierenden Materials von Abgasnachbehandlungselementen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der 1 hervorgeht;
  • 4 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5 ein Diagramm, aus dem die Masseverteilung eines Dampf sorbierenden Materials in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel hervorgeht;
  • 6 ein Diagramm, aus dem die Masseverteilung eines Dampf sorbierenden Materials von Abgasnachbehandlungselementen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der 5 hervorgeht; und
  • 7 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Abgasstrang 1 in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Dieser Abgasstrang 1 weist ein Einlassrohr 3 auf, das mit einem ersten Endbereich an eine Brennkraftmaschine 5 und mit einem zweiten Endbereich an ein einen Partikelfilter 7 aufnehmendes Partikelfilter-Gehäuse bzw. -Canning 9 angeschlossen ist. An das Partikelfilter-Rohr 9 schließt sich in Abgas-Strömungsrichtung S ein mit dem Partikelfilter-Rohr 9 und mit einem einen Katalysator 11 aufnehmenden Katalysator-Gehäuse bzw. -Canning 13 gekoppeltes Verbindungsrohr 15 an. Der Abgasstrang 1 umfasst zudem ein Auslassrohr 17, das mit einem ersten Endbereich an das Katalysator-Rohr 13 angeschlossen ist und mit einem zweiten Endbereich in die freie Umgebung mündet.
  • Der Partikelfilter 7, der Katalysator 11 sowie Innenwände des Partikelfilter-Gehäuses 9, des Katalysator-Gehäuse 13 und des Verbindungsrohrs 15 sind mit einem Dampf sorbierenden Material beschichtet. Dies geht beispielhaft aus dem in der 7 gezeigten Schnitt durch das Verbindungsrohr 15 hervor. Demzufolge ist eine Schicht 26 aus sorbierendem Material mit einer definierten Schichtdicke auf eine Innenwand 27 des Verbindungsrohrs 15 aufgebracht. Das Dampf sorbierende Material kann beispielhaft ein Zeolith Typ A sein, um hier nur eine der möglichen Ausführungen dieses Materials zu nennen. Indem dieses Material Dampf aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 5 oder der umgebenden Luft sorbiert, kondensiert dieser Dampf und es wird Wärmeenergie freigesetzt. Auf diese Weise wird der gesamte Abgasstrang 1 in der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 5 schneller erwärmt, wodurch der Partikelfilter 7 und der Katalysator 11 schneller ihre optimale Arbeits-Temperatur erreichen können.
  • Aus 2 und 3 geht die Masseverteilung des Dampf sorbierenden Materials in dem Abgasstrang 1 hervor. Um diese zu verdeutlichen, sind in 2 der Katalysator 11, der Partikelfilter 7 sowie weitere in den Abgasstrang 1 integrierbare Abgasnachbehandlungselemente zu einem Abgasnachbehandlungssystem 18 zusammengefasst. Zudem sind auch die zwischen dem Einlassrohr 5 und dem Auslassrohr 17 angeordneten Rohre zu einem einzigen das Abgasnachbehandlungssystem 18 aufnehmenden Aufnahmerohr 25 zusammengefasst. Gemäß der 2 nimmt ein Massegehalt m des Dampf sorbierenden Materials in dem Abgasnachbehandlungssystem 18 über dessen Länge lAS in Abgas-Strömungsrichtung S degressiv ab. Diese Masseverteilung ermöglicht eine schnellere Aufheizung des im Bereich der Brennkraftmaschine 5 angeordneten Partikelfilters 7.
  • Im Vergleich zu 2 ist in 3 das Abgasnachbehandlungssystem 18 wieder in einzelne Abgasnachbehandlungselemente 19 aufgeteilt, um die Massenverteilung in den Abgasnachbehandlungselementen 19 zu verdeutlichen. Gemäß der 3 nimmt ein Massegehalt m des Dampf sorbierenden Materials in den einzelnen Abgasnachbehandlungselementen 19 über dessen Länge lAE in Abgas-Strömungsrichtung S degressiv ab. Mittels dieser Masseverteilung kann mit einer definierten Masse an Dampf sorbierenden Material in jedem Abgasnachbehandlungselement 19 mehr Dampf aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine 5 sorbiert werden, da sich die Dampfmenge in dem Abgas aufgrund der in Abgas-Strömungsrichtung S abnehmenden Abgastemperatur verringert.
  • Aus 1 geht weiter hervor, dass das Einlassrohr 3 ein Einlassventil 20 aufweist. Mittels diesem kann ein Abgasstrom durch das Einlassrohr 3 in Abhängigkeit von definierten Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen gesperrt oder freigegeben werden. Zudem weist das Auslassrohr 17 ein Auslassventil 21 auf, mittels dem ein Luftstrom von außen in den Abgasstrang 1 ebenfalls in Abhängigkeit von definierten Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen gesperrt oder freigegeben werden kann.
  • Im Folgenden werden nun die einzelnen Verfahrensschritte für ein schnelles Aufheizen des erfindungsgemäßen Abgasstrangs 1 erläutert:
    Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 bzw. kurz zuvor werden das Einlassventil 20 und das Auslassventil 21 geöffnet, so dass das Abgas der Brennkraftmaschine 5 durch den Abgasstrang 1 hindurch in die freie Umgebung strömen kann. Der in dem Abgas enthaltene Dampf, beispielsweise Wasserdampf, wird durch das Dampf sorbierende Material aufgenommen und es wird, neben der Wärmeenergie des Abgases, zusätzliche Wärmeenergie freigesetzt. Diese zusätzliche Wärmeenergie ermöglicht ein besonders schnelles Aufheizen des Abgasstrangs 1. Nach Durchlaufen der Kaltstartphase wird das Dampf sorbierende Material mittels des Abgases derart aufgeheizt, dass der darin gespeicherte Dampf wieder ausgetrieben und aus dem Abgasstrang 1 in die freie Umgebung strömen kann. Bei einem Ausschalten der Brennkraftmaschine 5 bzw. kurz danach werden das Einlassventil 20 und das Auslassventil 21 wieder geschlossen, um eine weitere Zuführung von Dampf an das Dampf sorbierende Material zu verhindern. Auf diese Weise wird eine Sättigung des Dampf sorbierenden Materials vor einem erneuten Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 zuverlässig vermieden.
  • In 4 ist der erfindungsgemäße Abgasstrang 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei weist der Abgasstrang 1 kein Auslassventil 21 zum Sperren und Freigeben der Luftzufuhr auf, sondern einen in dem Aufnahmerohr 25 angeordneten, in Abgas-Strömungsrichtung S auf das Abgasnachbehandlungssystem 18 folgenden Sorptionsbrick 23. Bei diesem Sorptionsbrick 23 handelt es sich um einen aus einem Dampf sorbierenden Material hergestellten, z. B. zylinderartigen bzw. block- oder klotzartigen Körper, der die Zufuhr von Dampf aus der Umgebungsluft an das Abgasnachbehandlungssystem 18 bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine 5 zuverlässig verhindert.
  • In 5 und 6 ist der erfindungsgemäße Abgasstrang 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei weist der Abgasstrang 1 wiederum kein Auslassventil 21 zum Sperren und Freigeben der Luftzufuhr auf. Um dennoch die Zufuhr von Dampf aus der Umgebungsluft an zumindest einen Teil der Abgasnachbehandlungselemente 19 zu verhindern, ist hier vorgesehen, dass der Massegehalt m des Dampf sorbierenden Materials in dem unmittelbar an das Auslassrohr 17 angrenzenden Abgasnachbehandlungselement in Abgasströmungsrichtung S progressiv zunimmt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasstrang
    3
    Einlassrohr
    5
    Brennkraftmaschine
    7
    Partikelfilter
    9
    Partikelfilter-Gehäuse
    11
    Katalysator
    13
    Katalysator-Gehäuse
    15
    Verbindungsrohr
    17
    Auslassrohr
    18
    Abgasnachbehandlungssystem
    19
    Abgasnachbehandlungselement
    20
    Einlassventil
    21
    Auslassventil
    23
    Sorptionsbrick
    25
    Aufnahmerohr
    26
    Schicht aus Dampf sorbierenden Material
    27
    Innenwand Verbindungsrohr
    S
    Abgas-Strömungsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19800654 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (5), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasstrang (1) mit wenigstens einem Abgasrohr (3, 9, 13, 15, 17) und wenigstens einem Abgasnachbehandlungselement (7, 11), dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrohrinnenwand (27) und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (7, 11) zur Ausbildung wenigstens eines abgasstrangseitigen Sorptionselements (7, 9, 11, 13, 15) ein Dampf sorbierendes Material aufweist.
  2. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrohrinnenwand (27) und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (7, 11) wenigstens bereichsweise mit dem Dampf sorbierenden Material beschichtet ist, und/oder dass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (7, 11) wenigstens bereichsweise aus dem Dampf sorbierenden Material hergestellt ist.
  3. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (7, 11) durch wenigstens einen Katalysator und/oder durch wenigstens einen Partikelfilter ausgebildet ist.
  4. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials des wenigstens einen, insbesondere in einem Einlassbereich des Abgasstrangs (1) angeordneten, Sorptionselements (7, 9, 11, 13, 15) in Abgas-Strömungsrichtung (S) abnimmt, und/oder dass der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials eines in einem Auslassbereich des Abgasstrangs (1) angeordneten Sorptionselements (7, 9, 11, 13, 15) in Abgas-Strömungsrichtung (S) zunimmt.
  5. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials in dem Abgasstrang (1) und damit über mehrere in Strömungsrichtung (S) hintereinander liegende Sorptionselemente (7, 9, 11, 13, 15) gesehen, insbesondere in einem Einlassbereich des Abgasstrangs (1), in Abgas-Strömungsrichtung (S) abnimmt, und/oder dass der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials in einem Auslassbereich des Abgasstrangs (1) in Abgas-Strömungsrichtung (S) zunimmt.
  6. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt, insbesondere der Massegehalt, des Dampf sorbierenden Materials in einem zwischen einem Einlass- und einem Auslassbereich des Abgasstrangs (1) angeordneten Abgasstrang-Zwischenbereich größer ist, als in einem stromauf und/oder stromab davon liegenden Abgasstrang-Bereich.
  7. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionselement (7, 9, 11, 13, 15) in einer von einem Hauptabgasstrom durchströmten Hauptleitung des Abgasstrangs (1) angeordnet und/oder ausgebildet ist.
  8. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampf sorbierende Material ein Zeolith und/oder ein Silikagel und/oder ein Alumophosphat und/oder ein Silicoalumophosphat und/oder ein Metallhydrid ist.
  9. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperrvorrichtung (20, 21) vorgesehen ist, mittels der eine Abgas- und/oder Luftzufuhr zu einem das wenigstens eine Sorptionselement (7, 9, 11, 13, 15) aufnehmenden und/oder ausbildenden Sorptionsbereich (25) in Abhängigkeit von definierten Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen sperrbar und/oder freigebbar ist.
  10. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung (20, 21) zum Sperren oder Freigeben der Luftzufuhr wenigstens ein stromab des Sorptionsbereichs (25) angeordnetes Sperrelement (21) aufweist, und/oder dass die Sperrvorrichtung (20, 21) zum Sperren oder Freigeben der Abgaszufuhr wenigstens ein stromauf des Sorptionsbereichs (25) angeordnetes Sperrelement (20) aufweist.
  11. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine stromauf angeordnete Sperrelement (20) als Sperrventil ausgebildet ist, mittels dem ein Abgasstrom durch ein den Einlass des Abgasstrangs (1) bildendes Einlassrohr (3) sperrbar oder freigebbar ist.
  12. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrelement (21) als Sperrventil ausgebildet ist, mittels dem ein Luftstrom durch ein den Auslass des Abgasstrangs (1) bildendes Auslassrohr (17) sperrbar oder freigebbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrventil als Abgasrückführungsklappe oder als Motorbremsklappe ausgebildet ist.
  13. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine stromab angeordnete Sperrelement (21) als Sorptionsbrick ausgebildet ist, und dass dieser Sorptonsbrick im Abgasstrang angeordnet und/oder aufgenommen ist.
  14. Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (5), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Abgasstrang (1) mit wenigstens einem Abgasrohr (3, 9, 13, 15, 17) und wenigstens einem Abgasnachbehandlungselement (7, 11), dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrohrinnenwand (27) und/oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (7, 11) zur Ausbildung wenigstens eines abgasstrangseitigen Sorptionselements (7, 9, 11, 13, 15) ein Dampf sorbierendes Material aufweist, wobei die Abgas- und/oder Luftzufuhr und damit die Dampfzufuhr an das wenigstens eine Sorptionselement (7, 9, 11, 13, 15) bei einem Starten der Brennkraftmaschine (5), insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine (5), freigegeben wird, und wobei bei einem Ausschalten der Brennkraftmaschine (5) die Dampfzufuhr an das wenigstens eine Sorptionselement (7, 9, 11, 13, 15) mittels einer Sperrvorrichtung (20, 21) gesperrt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem wenigstens einen Sorptionselement (7, 9, 11, 13, 15) sorbierte Dampf bei einer definierten Sorptionselement-Temperatur aus dem Sorptionselement (7, 9, 11, 13, 15) ausgetrieben wird.
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